用于表征多发性硬化病灶的T1/质子密度平方比值

《Annals of Clinical and Translational Neurology》：T1 Over Squared Proton Density Ratio to Characterize Multiple Sclerosis Lesions

　　

目的

在缺乏组织病理学确认的情况下，区分多发性硬化（MS）中的再髓鞘化病灶与脱髓鞘病灶仍然具有挑战性。本研究引入T1与PD²比值（TPR）成像方法，并评估其联合其他定量磁共振成像（qMRI）指标表征MS病灶的能力。

方法

30例MS个体（平均年龄：47.5?±?11.5岁）接受了3?T磁共振成像（MRI）检查，采用三维梯度回波（3D gradient-echo, GRE）qMRI序列生成T1、质子密度（PD）、T2*、定量磁化率成像（QSM）、磁化转移比（MTR）和磁化转移饱和指数（MTsat）定量图。TPR图像由经B1校正的T1和PD图谱推导获得。T2加权液体衰减反转恢复（T2-weighted FLAIR）上呈白质高信号的病灶，根据其在TPR上相对于正常外观白质（normal-appearing white matter）的信号表现分为高信号、低信号或等信号。研究人员分析了病灶特异性的qMRI数值，并基于经验性T1和PD数值进行信号强度模拟，以展示TPR对比度。统计分析包括Wilcoxon秩和检验和Spearman相关分析（p?
结果

研究人员发现，TPR上的高信号病灶与低信号病灶相比，T1（1566?ms）、PD（0.96 a.u.）和T2*（92?ms）值显著更高，而MTR（37.3%）和MTsat（1.57%）值更低；相应地，低信号病灶的这些指标分别为1085?ms、0.88 a.u.、64?ms、46%和2.48%。QSM数值在不同病灶类型之间也存在变化。

解释

总之，TPR成像能够在视觉上将MS病灶区分为高信号、低信号和等信号类别，而在FLAIR上所有病灶均表现为高信号。TPR高信号病灶对应于水含量增加和髓鞘含量减少，这一点已由定量T1、PD和磁化转移（MT）指标所证实，符合脱髓鞘特征。相反，TPR低信号病灶可能反映与修复过程相关的组织改变，例如再髓鞘化。

这篇发表于《Annals of Clinical and Translational Neurology》的研究聚焦于多发性硬化（multiple sclerosis, MS）病灶的影像学分型难题。MS病灶在演变过程中可经历急性炎症、脱髓鞘、部分再髓鞘化以及晚期神经变性，但常规磁共振成像（MRI）虽然对病灶检出敏感，却缺乏对潜在组织学状态的特异性，尤其难以区分慢性脱髓鞘病灶与再髓鞘化病灶。既往定量磁共振成像（qMRI）研究提示，T1弛豫时间、质子密度（PD）及磁化转移（MT）参数与髓鞘和水含量密切相关，并且尸检研究已显示其有助于识别再髓鞘化，但这些发现向体内应用的转化仍不充分。基于此，研究人员提出T1与PD²比值（TPR）这一新指标，希望利用比值图像减弱射频场不均匀性，强化细微组织对比，从而为MS病灶表征提供更直接、可视化的补充工具。

主要技术方法：研究纳入Wayne State University经伦理批准的30例MS患者，使用3?T MRI采集3D FLAIR及三组3D GRE数据；基于STAGE流程重建T1、PD、T2*、定量磁化率成像（QSM）、磁化转移比（MTR）和磁化转移饱和（MTsat）图谱，并由B1校正后的T1、PD生成TPR图像。三名评估者对FLAIR显示的白质病灶进行人工勾画，并结合TPR表现将病灶分为高信号、低信号和等信号三类；随后开展病灶水平定量比较、信号模拟、评估者一致性分析以及与临床变量的探索性相关分析。

2.1 TPR Image Contrast
研究首先从理论上说明TPR的成像基础。GRE信号会受到发射场B1⁺与接收场B1^?不均匀性的影响，而T1和PD构成比值后可显著抵消这类偏倚；在完成B1⁺校正后，最终TPR进一步消除了场不均匀性干扰。模拟结果显示，常规GRE幅度信号随B1⁺变化明显波动，而TPR能够稳定组织间差异，并形成沿T1、PD变化的非线性U形响应曲线。正是这种非线性特征，使得病灶即便T1高于白质，仍可能在TPR上呈低信号，从而为病灶分群提供了物理学解释。

2.2 Human Subject Study
在人群研究中，30例患者共勾画出886个病灶，其中327个（37%）为TPR高信号，29个（3%）为低信号，530个（60%）为等信号。低信号病灶仅见于10例患者，而高信号和等信号病灶见于全部受试者。三位评估者对病灶分型的一致性良好，组内相关系数（ICC）为0.887，Fleiss' Kappa为0.875，说明TPR视觉分类具有较好的可重复性。值得注意的是，所有这三类病灶在FLAIR上均表现为高信号，提示TPR确实提供了常规序列无法显示的额外分辨力。

3 Results
研究结果表明，TPR高信号病灶具有更高的T1、PD与T2*值，以及更低的MTR和MTsat值，相较于TPR低信号病灶差异显著。具体而言，高信号病灶平均T1为1565.97?±?375.7?ms，PD为0.96?±?0.09 a.u.，T2*为92?±?24.64?ms，MTR为37.32%?±?6.12%，MTsat为1.57?±?0.59 a.u.；低信号病灶分别为1085.49?±?146.3?ms、0.88?±?0.06 a.u.、63.87?±?11.3?ms、46.04%?±?2.29%和2.48?±?0.54 a.u.。这些结果说明，高信号病灶更符合水含量升高、髓鞘减少和组织完整性受损的状态；而低信号病灶则更接近较低水分、较高髓鞘保留或修复后的组织特征。等信号病灶在多数指标上介于两者之间。QSM数值在不同病灶之间存在变化，但组间未显示明确一致的显著分离，提示磁化率受铁和髓鞘双重来源影响较大。散点分析进一步显示，相较单独观察T1或PD，TPR对高信号与低信号病灶的分离更清晰。另一方面，TPR病灶分类数量与病程和扩展残疾状态量表（EDSS）之间未见相关性，说明本研究的主要发现仍应理解为病灶层面的组织学相关，而非患者层面的临床推断。

讨论总结
研究人员认为，TPR并非简单替代既有qMRI参数，而是将T1与PD这两个反映水分和髓鞘状态的生物物理量整合为单一指标，从而以更直观的方式揭示MS病灶异质性。高信号TPR病灶与脱髓鞘相一致，低信号TPR病灶则可能反映再髓鞘化或部分组织恢复，等信号病灶可能对应介于两者之间的混合状态。这一解释与既往组织学证据相符，即再髓鞘化病灶的T1通常短于灰质，而脱髓鞘病灶T1则延长并高于灰质。研究同时指出，QSM、T2*、MTR和MTsat可为病灶活性、铁沉积及髓鞘完整性提供补充信息，但TPR的优势在于采集可行、图像直观且能减轻场不均匀性影响。研究也明确了承认局限：缺乏尸检或组织学验证，样本量较小，低信号病灶数量有限，病灶分类仍依赖人工视觉判定，且仅为单时间点研究，因此对脱髓鞘与再髓鞘化的解释仍需更大样本、纵向研究及多平台验证支持。

研究结论（翻译）
总之，由定量T1与PD²比值导出的TPR是一种有前景的无创性指标，可用于在视觉上区分MS不同亚型病灶。该指标通过将水含量与髓鞘密度整合为单一且可解释的测量，既提供清晰的视觉对比，也提供关于神经组织性质的定量信息；若获得进一步验证，TPR有望成为区分再髓鞘化与脱髓鞘的神经影像学生物标志物。TPR可补充现有qMRI图谱，并在保持对组织修复敏感性的同时简化病灶表征。未来研究应在更大、更多样化的队列、多种MRI平台及纵向设计中验证TPR在MS中的诊断和预后价值。